高一物理第七章第九节知能优化演练关 5页

一、单项选择题 ‎1．用自由落体法验证机械能守恒定律，下面哪些测量工具是必需的(　　)‎ A．天平　　　　　　　　 B．弹簧测力计 C．刻度尺 D．秒表 解析：选C.验证机械能守恒定律的实验中，需用刻度尺测量计数点之间的距离，不需用天平测出重物的质量，也不需用秒表和弹簧测力计，故正确答案为C.‎ ‎2．在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量的有(　　)‎ A．重物的质量 B．重力加速度 C．重物下落的高度 D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度 解析：选C.实验中可以用关系式mv2＝mgh或mv－mv＝mgh来验证物体下落时机械能守恒，两式中质量都可以约掉，故实验时不需测物体的质量，A错误．重力加速度为常数，实验时不需测物体的重力加速度，B错误．由两验证式可知，实验时需要测量物体下落的高度，C正确．物体的瞬时速度由测出的下落高度计算得出，不用测量，D错误．‎ 二、多项选择题 ‎3．(2013·济宁高一检测)在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法中正确的是(　　)‎ A．要用天平称量重物质量 B．选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好 C．要选用第1、2两点距离接近2 mm的纸带 D．实验时，当松开纸带让重物下落的同时，立即接通电源 解析：选BC.该实验不需要测重物的质量，A错误．为了减小由于空气阻力带来的实验误差，应选用密度较大的重物，B正确．为使打第1个点时的速度为零，实验时应先接通电源，让打点计时器打点后再释放重锤，选取第1、2点间的距离约为2 mm的纸带，C正确，D错误．‎ ‎4．如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中n点来验证机械能守恒定律，下面举出一些计算n点速度的方法，其中正确的是(　　)‎ A．n点是第n个点，则vn＝gnT B．n点是第n个点，则vn＝g(n－1)T C．n点是第n个点，则vn＝ D．n点是第n个点，则vn＝ 解析：选CD.做匀变速直线运动的物体，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，所以n点的速度等于(n－1)到(n＋1)之间的平均速度，所以A、B错误，C、D正确．‎ 三、非选择题 ‎5．在下列“验证机械能守恒定律”的实验步骤中，选择正确的实验步骤，并按次序排列为________．‎ A．用天平测出重物的质量 B．把打点计时器竖直地夹稳在铁架台上 C．接通电源，松开纸带 D．松开纸带，接通电源 E．用秒表记下重物下落的时间 F．取下纸带，重复上述实验3次 G．将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器并用手提住，使重物靠近打点计时器 H．选取理想纸带，对几个方便的点测量并计算，看mgh和mv是否相等 解析：实验时应先把打点计时器竖直地夹稳在铁架台上，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器并用手提住，使重物靠近打点计时器，然后接通电源，松开纸带，取下纸带，重复上述实验3次，最后选取理想纸带，对几个方便的点测量并计算，看mgh和mv是否相等，故正确的实验步骤应该为B、G、C、F、H 答案：B、G、C、F、H ‎6．(2013·湖北黄冈七市联考)某实验小组利用光电计时器探究物块沿倾斜气垫导轨下滑过程中重力做功与动能的关系，装置如图甲，让小物块从倾斜气垫导轨顶端滑下．若测得小物块通过A、B光电门的时间分别为t1和t2，A、B之间的距离为L，遮光板的宽度为d，斜面的倾角为α.重力加速度为g.‎ ‎(1)图乙表示用螺旋测微器测量物块上遮光板的宽度d.由此读出d＝________ mm.‎ ‎(2)探究小物块沿倾斜气垫导轨下滑过程中重力做功与动能的关系，实验数据满足的关系式为____________________________(用实验测定的物理量对应的字母表示)．‎ 解析：(1)图乙读数为 ‎5．5 mm＋0.01×20.0 mm＝5.700 mm.‎ ‎(2)利用动能定理得：‎ mgLsin α＝m2－m2‎ 得：gLsin α＝d2.‎ 答案：(1)5.700(5.698～5.702均正确)‎ ‎(2)gLsin α＝d2 ‎7．在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量为1 kg的重锤自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源频率为50 Hz.如图所示，纸带上O点为重锤自由下落时纸带打点起点，选取的计数点A、B、C、D依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O点距离如图所示，单位为mm，重力加速度为9.80 m/s2，则 ‎(1)打点计时器记录B点时，重锤速度vB＝________ m/s，重锤动能EkB＝________ J.‎ ‎(2)从开始下落算起，打点计时器记录B点时，重锤势能减少量为________ J.‎ 解析：(1)根据条件可知，纸带上两相邻的计数点之间的时间间隔为T0＝2T＝＝0.04 s，那么计数点B点的瞬时速度为vB＝＝ m/s＝1.175 m/s；此时重锤的动能为EkB＝mv＝×1×1.1752 J＝0.690 J.‎ ‎(2)重锤下落的高度为hB＝70.6×10－3 m，则重锤减少的重力势能为 Ep＝mghB＝1×9.80×70.6×10－3 J＝0.692 J.‎ 答案：(1)1.175　0.690　(2)0.692‎ ‎8．(2013·广州高一检测)某同学利用重物自由下落来“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示．‎ ‎(1)请指出实验装置中存在的明显错误：________.‎ ‎(2)进行实验时，为保证重锤下落时初速度为零，应________(选填“A”或“B”)．‎ A．先接通电源，再释放纸带 B．先释放纸带，再接通电源 ‎(3)根据打出的纸带，选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图乙所示．已测出点1、2、3、4到打出的第一个点O的距离分别为h1、h2、h3、h4，打点计时器的打点周期为T.若代入所测数据能满足表达式gh3＝________，则可验证重锤下落过程机械能守恒(用题目中已测出的物理量表示)．‎ 解析：(1)从图甲中的实验装置中发现，打点计时器接在了“直流”电源上，打点计时器的工作电源是“低压交流电源”．因此，明显的错误是打点计时器不能接在“直流电源”上．‎ ‎(2)为了使纸带上打下的第1个点是速度为零的初始点，应该先接通电源，让打点计时器正常工作后，再释放纸带．若先释放纸带，再接通电源，当打点计时器打点时，纸带已经下落，打下的第1个点的速度不为零．因此，为保证重锤下落的初速度为零，应先接通电源，再释放纸带．‎ ‎(3)根据实验原理，只要验证ghn＝v即可验证机械能守恒定律．因此需求解v3.根据匀变速直线运动规律关系式可得，v3＝＝，则有v＝×2＝，故只要验证gh3＝成立，就可验证重锤下落过程中机械能守恒．‎ 答案：(1)打点计时器不能接“直流电源”(或打点计时器应接“交流电源”)　(2)A　(3)(h4－h2)2‎ ‎9．在利用电磁打点计时器(电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz)“验证机械能守恒定律”的实验中：‎ ‎(1)某同学用图甲所示装置进行实验，得到如图乙所示的纸带，把第一个点(初速度为零)记作O点，测出点O、A间的距离为68.97 cm，点A、C间的距离为15.24 cm，点C、E间的距离为16.76 cm，已知当地重力加速度为9.8 m/s2，重锤的质量为m＝1.0 kg，则打点计时器在打O点到打C点的这段时间内，重锤动能的增加量为________ J，重力势能的减少量为________ J.‎ ‎(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a＝________ m/s2.‎ ‎(3)在实验中发现，重锤减少的重力势能总大于重锤增加的动能，其原因主要是在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用题目中给出的已知量求出重锤下落过程中受到的平均阻力大小为________ N.‎ 解析：(1)重锤做匀加速直线运动，根据图乙数据及匀变速直线运动规律可知，物体对应纸带上C点的瞬时速度为vC＝＝＝4 m/s.则重锤增加的动能为ΔEk＝mv＝×1×42 J＝8.00 J 重力势能的减少量为 ΔEp＝mgh＝1×9.8×(68.97＋15.24)×10－2 J＝8.25 J.‎ ‎(2)根据图乙数据及公式Δs＝s2－s1＝aT2可得，‎ a＝＝ m/s2‎ 则重锤下落的加速度为a＝9.5 m/s2.‎ ‎(3)根据牛顿第二定律得，mg－F阻＝ma，因此，重锤下落过程中受到的平均阻力大小为F阻＝mg－ma＝0.30 N.‎ 答案：(1)8.00　8.25　(2)9.5　(3)0.30‎ ‎☆10.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，计算结果保留三位有效数字)：‎ 时刻 t2‎ t3‎ t4‎ t5‎ 速度(m·s－1)‎ ‎4.99‎ ‎4.48‎ ‎3.98‎ ‎(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________ m/s；‎ ‎(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝________ J，动能减少量ΔEk＝________ J；‎ ‎(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是________．‎ 解析：(1)t5时刻小球的速度 v5＝×10－2 m/s＝3.48 m/s.‎ ‎(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝mgh25＝0.2×9.8×(23.68＋21.16＋18.66)×10－2 J＝1.24 J，动能减少量ΔEk＝mv－mv＝1.28 J.‎ ‎(3)ΔEp<ΔEk，造成这种结果的主要原因是存在空气阻力．‎ 答案：(1)3.48　(2)1.24　1.28　(3)<　存在空气阻力